导读：IPC 技术给泵系统控制带来了更高的能量效率以及实用性。
1 概述
经过实践，运用变频器对水泵进行控制是最有效的节能方式。在ABB 变频器的水泵控制应用中，通常会采用PFC 应用宏、SPFC 应用宏，这两种控制都是一台变频器拖动多台水泵的应用。
本文将要介绍的IPC(Intelligent Pump Control)，即智能泵控制技术，是一个可选软件包，用于ABB工业传动ACS800的水泵控制，它要求每台水泵都由一台变频器来拖动，功率范围从0.55~5 600 kW。如图1所示，3台变频器拖动3台并行水泵，变频器之间采用光纤连接或光纤分配器连接。这一配置消除了对外部PLC 的需求，并且有助于节能，可缩短检修时间，防止水泵堵转和堵塞。该软件由ABB开发，易于使用，满足了水行业及泵用户的需要。
图（1）变频-水泵配置示意图
1.1 泵的特性与节能原理
泵类负载是目前工业现场中应用最多的设备，虽然泵的特性多种多样，但是主要以离心泵为主。下面的特性分析也主要以分析离心泵的特性为主。利用通用变频器对泵进行控制，主要通过对其流量的控制而实现有效地节能，这是通用变频器最广泛的一种应用。
泵是一种平方转炬负载，其转速n与流量q、扬程h及泵的轴功率N的关系为
上述公式，泵的流量与其转速成正比，泵的扬程与其转速的平方成正比，泵的轴功率与其转速的立方成正比。当电动机驱动泵时，电动机的轴功率P(kW)方式为
泵的流量q 与扬程h 的关系曲线如图2 所示。
图中，曲线①为泵在转速n1下扬程-流量(h-q)的特性;曲线⑤为泵在转速n2下的(h-q)特性;曲线②为泵在转速n1下的功率(P-q)特性;曲线③、④为管阻
特性。假设泵在标准点A 点效率最高，输出流量q 为100%, 此时轴功率P1与q1、h1的乘积面积Ah1Oq1成正比。根据生产工艺的要求，当流量从q1减小到q2时，如果采用调节阀门方法(相当于增加管网的阻力)，使管阻特性从曲线③变到曲线④，系统由原来的标准工作点A 变到新的工作点B 运行。此时，泵扬程增加，轴功率P2 与面积Bh2Oq2成正比。如果采用变频器控制方式，泵转速由n1 降到n2 ，在满足同样流量q2的情况下，泵扬程h3 大幅降低，轴功率P3 与面积Ch3Oq2成正比。轴功率P3和P1、P2相比较，显著减小，节省的功率损耗ΔP与面积Bh2h3C成正比，节能的效果是十分明显的。这也就说明了变频器在泵控制中的节能作用。
图（2）泵的Q-H曲线
1.2 泵、电机、变频器的效率
恒压供水系统的总体效率是由多种因素所决定的。通常，泵、电机和变频器的功率越大，系统的效率就越高，当系统在低速下运行时，系统总的效率也会降低。在水泵的正常运行频率35~50 Hz 之间, 系统总体效率变化不大。变频器和电机系统在额定运行点的效率大约为90%，而在35 Hz时的效率大约为83%。但是水泵的效率大约在50%~85%之间变化，总的说来，泵的效率取决于泵的运行速度和系统曲线。
1.3 IPC 技术的节能原理
如果系统在某一速度区间运行时，效率保持不变，而能量节省了很多，将这时的速度定义为效率速度。因为运行速度太高，节能太少;运行速度太低，一方面效率会降低，另一方面水流量会降低。根据公式(1)，当驱动水泵运行的变频器输出频率从50 Hz 降到45 Hz ，流量大约下降10%，因此完成同样流量所花费的时间会长于11%，但是所需要的功率仅仅为原始功率的73% ，我们认为水泵运行在效率速度(在本例中45 Hz 就是效率速度)下会创造大约19%
的能量节省，因此节省的电能大约为19%[1-(0.73×(1+11%)]。显而易见，尽管总的效率还维持在相同区域，但是所需要的能量却降低了许多。但是按照原
始控制方法，仅当需要负荷时，使用额定速度运行，而采用IPC技术后，则长期运行也能实现10%以上的能量节约。并且实际中绝大多数的系统是并行泵
系统，如果采用传统的PFC(一台变频器拖动多台水泵)，一台变频，其余都是工频运行，那么肯定达不到采用IPC技术后的节能效果。这也正是IPC技术节能的原理所在。
水泵的流量与扬程和轴功率的关系如图3 所示。可以清楚看出系统运行效率，功率，转速，流量，扬程之间的对应关系。从工作点A 点到B点，流量下降大约40%，而功率却下降了大约60%。因此对于多泵系统运行在效率速度下是非常有意义的。
图(3) Q-P 与 Q-H 示意图
1.4 生命周期成本
产品如果紧紧依靠价格来竞争，生存是很困难的。如果考虑LCC(Life Cycle Cost，生命周期成本)，那么就会给客户带来巨大的经济效益。从水泵、电机和变频器的生命周期成本看，这些成本分成三部分：初始成本，电费和维护成本，其饼图如图4 所示。从饼图可以看出，初始投资成本最小，日常消耗的电费占的成本最大，所以我们应该从日常运行的电费上下功夫节能。IPC 正是从日常运行的节能实现整个系统的节能运行。因此，采用IPC 技术，相比较其他的方法，能节省20%以上的能量。
2 IPC的软件方案
下面介绍IPC技术最有特点的两个控制模式。
2.1 多泵控制模式
2.1.1 多泵主从方式
如图5所示，可以实现一主多从泵的运行方式。
在这种工作模式下，当负载增加时，主机输出频率增加，当达到全速时，其他变频器根据设置的先后顺序依次启动，并且按照预先设置的速度运行，比如泵的优化运行点。
图（4）LCC 成本饼图
图（5）多泵主从控制
2.1.2 多泵同步控制
如图6所示，可以实现多泵的同步运行。在这种工作模式下，所有变频器都将跟随主机的给定，并且启动和上升时间都是同步的。
图（6）多泵同步控制
2.1.3 多泵给定同步控制
如图7所示，可以实现多泵的给定同步运行。在这种工作模式下，所有变频器都将跟随主机的给定，但是从机的启动时间可以预先设定。
2.2 水位控制模式
